汽车架构的发展

如今，汽车已不仅仅满足消费者的代步需求，而是向所谓的ACES（Autonomous, Connected, Electrification, Shared Source）方向发展，全自动驾驶和网联化将成为最终目标。由此带来的高算力和高数据吞吐量问题，需要有更快的车内网络（IVN）支持；同时降低IVN复杂程度、降低数据传输时延也是必不可少的。

因此，传统的分布式架构正在逐步转变为中央域架构（Domain-Centralized Architecture），并向区域架构（Zonal Architecture）迈进，这也是汽车架构从功能划分向区域划分的转变。基于此，以太网正快速成为IVN的主要网络协议。

为了充分顺应新架构特点，全面普及以太网以替代CAN、FlexRay等低速网络，将以太网应用到传感器、执行器等终端，统一车内网络协议正在成为趋势。而如100BASE-T1的车载以太网为点对点全双工通信，难能满足所有需求。因此，10BASE-T1S成为主要替代方案之一。它布线方便，不同于P2P的通讯方式降低了能耗和成本，必将推动车载E/E架构向全新方向发展。

什么是10BASE-T1S

10BASE-T1S是定义在IEEE802.3cg-2019中，通过单对以太网双绞线进行高达10Mbps速率的数据传输，最大长度25m。

它统一了车载通讯标准，现有架构中需要支持诸如CAN、LIN、Ethernet等多种通讯协议的网关，引入10BASE-T1S取代低速通讯，可有效统一整车网络协议，消除IVN中对于跨协议网关的需求。

它带来更高的带宽，通讯速率从Kb级向Mb级别的跃升，可以传递更丰富的数据。

其通过PLCA（Physical Layer Collision Avoidance）以半双工多点总线（Multidrop）模式运行，可以作为低速网络（如CAN、CANFD、Flexray、LIN等）的替代方案。

PLCA功能会为每个节点设置一个唯一的节点ID，并根据ID按序循环释放TO（transmission opportunities），ID为0的节点会向总线释放BEACON信号，代表一个新的TO循环开始。

其他节点收到该信号后，等待自己的TO（即发送ID等于节点ID）才能发送数据。节点在正式发送数据前，会广播发送COMMIT来通知其他节点接收数据。

各节点会维护TO_TIMER计时器，每个TO都会重置该计数器。TO_TIMER的设定是为了保证两个TO之间有一定的时间间隔，以保证最远端的节点可以在TO_TIMER时间内完整接收数据。

通过这种PLCA发送机制，可以保证总线上只有一个节点在发送数据，从而避免产生冲突。

应用

10BASE-T1S可广泛应用于车内边缘节点，如雷达、氛围灯、LED灯光系统、门锁系统等。

宝马与微芯合作验证基于10BASE-T1S的边缘总线——E2B 10BASE-T1S，打造智能、实时、动态、时尚的整车氛围灯系统。通过E2B Hub省去节点中的μC，移除了软件堆栈，不仅优化了μC的成本，还降低了车载软件的开发和维护成本。

图片来源：BMW

协议支持

除IEEE 802.3标准外，10BASE-T1S也受OPEN Alliance TC14和AUTOSAR相关标准支持。扩展了睡眠/唤醒功能、拓扑发现功能，并对EMC、PHY特性、相关接口做了细致规定。

OPEN ALLIANCE

10BASE-T1S Half-Duplex Interoperability Test Suite

10BASE-T1S System Implementation Specification

10BASE-T1S EMC Test Specification for Common Mode Chokes

10BASE-T1S EMC Test Specification for ESD Suppression Devices

10BASE-T1x MAC-PHY Serial Interface Specification

10BASE-T1S Advanced Diagnostic PHY Features

10BASE-T1S PLCA Management Registers

10BASE-T1S PLCA Conformance Test Suite

10BASE-T1S PMD Transceiver Interface

10BASE-T1S Sleep/Wake-up Specification

10BASE-T1S Topology Discovery

AUTOSAR

Requirements on Ethernet Support in AUTOSAR

Specification of Ethernet Driver

Specification of Ethernet Transceiver Driver

Specification of Network Management Interface

Specification of Ethernet Switch Driver

Specification of Ethernet Interface

……

 

总结

10BASE-T1S通过优化以太网边缘连接，促使整车全面部署以太网，降低开发难度的同时也优化了线束、芯片等硬件成本。相信在不久的将来，应用10BASE-T1S会成为区域架构的优选协议之一，推动IVN架构向区域型架构迈进。